单源能谱CT对膝关节急性骨损伤中骨髓水肿的诊断价值＊

李 微 耿进朝 回 瑾 王 丹 周 宇

中国中医科学院望京医院放射科 (北京 100102)

膝关节急性骨损伤临床常见、多发，主要由外伤引起，可造成出血、骨髓水肿、骨小梁骨折等严重后果，降低患者生存质量[1-2]。骨髓水肿为膝关节急性骨损伤的早期阶段，此时患者骨皮质及其软骨处于正常状态，隐匿性很强，若不及时治疗可导致损伤进一步加重，因此早期明确诊断并及时采取治疗十分有必要。MRI是目前膝关节急性骨损伤的首选无创影像检查方法，对软组织的分辨力较高，扫描范围较大，能获取多方面的诊断信息，但易受磁敏感伪影、搏动伪影干扰，且少部分体内有金属异物的患者无法行MRI检查，故而在评价急性骨损伤方面仍存在一定局限性[3]。近年来，随着CT扫描技术的发展和普及，CT在骨髓水肿方面的临床应用及价值得到认可。但截至目前为止，临床有关骨髓水肿的研究多集中在双源CT方面[4]，对于单源能谱CT(single-energy CT，SECT)的报道还比较少。为探讨SECT对膝关节急性骨损伤中骨髓水肿的诊断价值，本研究以MRI检查结果为参考标准，对105例膝关节急性骨损伤患者进行SECT检查和分析，旨在为骨髓水肿的诊疗提供新思路。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料本研究属于前瞻性研究，符合《赫尔辛基宣言》相关规定。选取2020年10月-2021年10月中国中医科学院望京医院收治的105例膝关节急性骨损伤患者，男性65例，女性40例，年龄18～72岁，平均(38.12±12.34)岁。

纳入标准：有膝部外伤史，患者均存在明显膝部疼痛伴功能障碍；符合《实用骨科学》[5]中膝关节急性骨损伤诊断；精神、认知正常，可配合MRI、SECT检查；签订知情同意书。排除标准：膝关节周围骨折；交流障碍；合并严重器官疾病或心脑血管疾病；对造影剂或碘过敏。

1.2 检查方法所有患者入院后均行MRI、CT检查。MRI检查：协助患者伸直膝关节并内旋5°～10°，采用SIEMENS MAGNETOM Skyra3.0T磁共振(MR)仪，选用膝关节15通道相控阵专用线圈。扫描参数：常规矢状位T1WI/T2WI：TSE序列，TR 600ms/2600ms，TE 12ms/41ms，厚层3.0mm/3.5mm，层间距3.5mm，矩阵240×320，视野(FOV)180mm×180mm；矢状位快速自旋回波质子加权序列(TSE-FS-PDWI)：TR 3200ms，TE 21ms，厚层3mm，层间距0.6mm，激励次数(NEX)2，矩阵384×384，FOV 160mm×160mm。由2名放射科医师分别阅片，以MRI图像上不均匀或均匀T1WI低信号，脂肪抑制序列T2WI不规则形高信号定义为骨髓水肿。CT检查及数据处理：协助患者取仰卧位，双膝关节并拢，局部制动，采用SIEMENS Definition Edge CT(德国西门子公司)进行检查。扫描参数：管电压/管电流分别为80kV/165mAs，140kV/55mAs，模式为容积扫描模式，视野(FOV)260mm×260mm，矩阵512×512，螺距1.2，转速1.0s，准直128×0.6mm。扫描结束后，将2组扫描数据传入syngo via工作站，用Dual Energy中的Bone Marrow应用分析处理，生成虚拟去钙(VNCa)图。以去除骨质结构的背景(正常骨髓)上的高密度影区域呈片状或斑点状，边界模糊，VNca图像显示骨髓密度改变定义为骨髓水肿。

1.3 图像分析将MRI图像及CT图像进行评估分析，勾划感兴趣区域(ROI)水肿区域面积，测量骨髓常规CT值和经VNca技术处理后的CT值。分别由2名具有5年以上临床经验的放射科医师在随机双盲的条件下对图像进行分析判断，判断不一致时经商讨后达成共识。

1.4 观察指标将膝关节划分为股骨下端(6个)和胫骨上端(6个)共12个区域，分别为内侧前部、中部靠前、外侧前部、内侧后部、中部靠后、外侧后部。记录骨髓水肿的检出率及CT测量参数，以MRI诊断为金标准，分析SECT在膝关节急性骨损伤中骨髓水肿的诊断价值。

1.5 统计学处理采用SPSS 20.0软件处理数据，计量资料用()表示，行t检验；计数资料用例(n)或构成比(%)表示，行χ2检验；以MRI诊断结果为金标准，计算SECT诊断骨髓水肿的灵敏度(Sen)、特异度(Spe)、阳性预测值(PPV)、阴性预测值(NPV)及准确度(ACC)；绘制受试者工作特征(ROC)曲线检验CT值对膝关节急性骨损伤中骨髓水肿的诊断效能。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 骨髓水肿检出结果105例患者均顺利完成MRI和SECT检查，获得满意影像学图像。105个膝关节分为1260个区域(股骨上端和胫骨上端各630个区域)。MRI图显示股骨下端194个区域出现骨髓损伤，胫骨上端440个区域出现骨髓损伤，表现为T1WI低信号，脂肪移植序列T2WI高信号。VNCa图显示股骨下端202个区域出现骨髓水肿，胫骨上端449个区域出现骨髓损伤，表现为VNCa图像黑色背景中的片状边界不清的高密度影。MRI及VNCa图像显示股骨上端和胫骨上端骨髓损伤的结果对照见表1。

表1 MRI及VNCa图像显示股骨下端和胫骨上端骨髓损伤的结果对照

2.2 SECT骨髓水肿诊断相关指标以MRI诊断结果为金标准，SECT诊断股骨下端骨髓水肿的Sen、Spe、PPV、NPV及ACC分别为91.75%、94.50%、88.12%、96.26%、93.65%；SECT诊断胫骨上端骨髓水肿的Sen、Spe、PPV、NPV及ACC分别为92.05%、76.84%、90.20%、80.66%、87.46%。见表2。

表2 SECT骨髓水肿诊断相关指标[n(%)]

2.3 阳性组与阴性组骨髓CT值比较定量测量结果显示阳性组阴性组股骨下端、胫骨上端常规CT值比较无统计学差异(P＞0.05)；阳性组股骨下端、胫骨上端骨髓的VNCaCT值均高于阴性组(P＜0.05)。见表3、表4。

表3 阳性组与阴性组股骨下端骨髓CT值比较(Hu)

表4 阳性组与阴性组胫骨上端骨髓CT值比较(Hu)

2.4 VNCaCT值对骨髓水肿的诊断效能ROC曲线显示，VNCaCT值诊断股骨下端、胫骨上端骨髓水肿的ROC曲线下面积(AUC)分别为0.845、0.936(P均＜0.001)。见图1～2，表5。

图1 VNCaCT值诊断股骨下端骨髓水肿的ROC曲线；图2 VNCaCT值诊断胫骨上端骨髓水肿的ROC曲线

表5 VNCaCT值对股骨下端、胫骨上端骨髓水肿的诊断效能

2.5 典型病例分析典型病例影像结果分析见图3～图4。

图3 患者，女，49岁，因右膝关节外伤就诊。影像检查结果：右膝关节矢状位常规CT骨窗图显示右膝骨质完整，未见明确骨折改变(图3A)；MR脂肪抑制图像显示胫骨平台后缘骨髓水肿(图3B)；MR T1WI显示胫骨平台不规则低信号影(图3C)；VNCa图像显示胫骨平台后缘高信号表现(图3D)。图4 患者，男，37岁，因右膝关节外伤就诊。影像检查结果：右膝关节矢状位常规CT骨窗图显示右膝骨质完整，未见明确骨折改变(图4A)；MR脂肪抑制图像显示髌骨下极骨髓水肿(图4B)；MR T1WI显示髌骨下极低信号影(图4C)；VNCa图像显示髌骨下极高信号表现(图4D)。

3 讨论

膝关节是人体最大最复杂的关节，损伤机会亦较多。膝关节急性骨损伤为临床常见进展性关节病，其临床症状表现为：疼痛、膝软、关节肿胀及功能障碍等，此时由于膝关节软骨的再生能力较弱，极易产生关节磨损，导致损伤进一步加重，最终形成不可逆的骨性关节炎，严重影响患者生存质量[6]。相关研究指出[7]，较多运动员的膝关节周围骨质可发现骨髓水肿，即骨髓内的骨小梁发生细小骨折，伴局部充血水肿，这提示膝关节软骨下骨髓水肿可能是膝关节骨损伤的典型信号特征，早期准确诊断并治疗骨髓水肿对于防止膝关节骨损伤进一步加重有重要意义。

CT是临床常用的影像学检查方法，适用于各种隐匿性骨折及其他急性病症的检出，具有快速扫描、可重复性强、价格适中等诸多优势，临床应用日益广泛。但常规CT检查产生的伪影较大，无法清晰显示软骨、滑膜、骨髓和肌腱改变，对骨髓水肿、滑膜炎等急性炎性改变的检出率较低[8]。SECT是一种新技术，其利用单源CT获取高低管电压同源数据，通过原始数据配准并进行能谱分析，可在常规扫描剂量下获得清晰图像[9]。目前临床上SECT可用于诊断痛风结石[10]、消除金属内固定伪影[11]、鉴别卵巢囊腺瘤和卵巢癌[12]等，但有关诊断骨髓水肿的报道较少。本研究采用SECT对膝关节急性骨损伤患者进行检查，并结合VNCa图进行诊断，在以MRI诊断结果作为基准的前提下，SECT诊断股骨下端、胫骨上端骨髓水肿的Sen、Spe、PPV、NPV和ACC均较高，且与MRI诊断的一致性良好(Kapaa值=0.823、0.698)。证实了SECT用于诊断膝关节急性骨损伤中骨髓水肿的可行性。考虑原因可能是：正常情况下，骨髓腔脂肪成分含量很高，当骨质受损后会产生水肿、出血等反应，导致骨髓内液体和(或)细胞成分增加，骨髓密度发生改变，同时应用VNCa技术，能够去除骨髓中呢钙离质成分，通过伪彩图像清晰显示骨髓水肿[13]。

VNCa技术将人的骨松质成分分离为钙、脂肪、脱脂三部分，再利用相关软件去除钙成分，重建出灰阶图、彩色伪彩图及3D图像[14]。该技术的问世，为临床应用提供了可视化骨髓成像方法，弥补了常规MRI及CT在骨关节疾病中的诊断缺陷。骨髓水肿的主要病理表现为：骨基质水肿、纤维组织增生及炎性细胞浸润[15]，其CT衰减值随骨髓成分改变而增加。因此，VNCa不仅能实现骨髓水肿的定性分析，亦可用于相关定量检测。本研究定量测量结果显示股骨下端、胫骨上端骨髓水肿阳性区域骨髓VNCaCT值均高于阴性区域，且ROC曲线显示VNCaCT值诊断股骨下端、胫骨上端骨髓水肿的AUC均较高。说明骨髓水肿与骨髓正常区域的VNCaCT值存在差异，通过测量病灶的CT值有助于早期准确诊断骨髓水肿。这可能与膝关节急性骨损伤发生后，骨质内出现细胞水肿、渗出、出血等病理学改变，使得该区域脂肪含量减少有关[16]。然而值得注意的是，有研究认为，骨质硬化可覆盖骨髓水肿，影响骨髓水肿的VNCa图像显示，导致测量错误的VNCaCT值[17]。因此，在使用VNCa技术诊断骨髓水肿时，还应将骨质硬化考虑在内，以避免漏诊、误诊、错诊。

综上所述，SECT诊断膝关节急性骨损伤中骨髓水肿有一定临床应用价值，测量其VNCa图上的CT值有助于骨髓水肿的定量分析。但本研究仍存在以下不足：(1)本研究为单中心前瞻性研究，纳入样本量有限，可能导致病例分布上的偏差，如本组病例中包括18～72岁年龄段的患者，年龄偏大的患者可能存在膝关节退行性病变，导致膝关节急性骨损伤所致的膝关节改变的比例增大；(2)本组患者行MRI和SECT检查的间隔时间未确定，若检查时间间隔较长，膝关节软骨、滑膜、骨髓等可能会发生变化，我们寄希望于后期开展多中心、大样本随机对照研究进一步验证SECT对膝关节急性骨损伤中骨髓水肿的诊断价值。